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1772年，法國科學家拉瓦錫（即安托萬-洛朗·拉瓦錫，Antoine-Laurent de Lavoisier，1743年－1794年）等用大火鏡聚光加熱放在汞槽上玻罩中的鉆石，發現它會燃燒，而其產物即“固定空氣”。同年，科學家普里斯特利（即約瑟夫·普里斯特利，Joseph Priestley，1733年－1804年）研究發酵氣體時發現：壓力有利于“固定空氣”在水中的溶解，溫度增高則不利于其溶解。這一發現使得二氧化碳能被應用于人工制造碳酸水（汽水）。

二氧化碳一般可由高溫煅燒石灰石或由石灰石和稀鹽酸反應制得，主要應用于冷藏易的食品（固態）、作致冷劑（液態）、制造碳化軟飲料（氣態）和作均相反應的溶劑（超臨界狀態）等。 關于其毒性，研究表明：低濃度的二氧化碳沒有毒性，高濃度的二氧化碳則會使動物中毒。

CO2分子形狀是直線形的，其結構曾被認為是：O=C=O。但CO2分子中碳氧鍵鍵長為116pm，介于碳氧雙鍵（鍵長為124pm）和碳氧三鍵（鍵長為113pm）之間，故CO2中的碳氧鍵具有一定程度的叁鍵特征。
現代科學家一般認為CO2分子的中心原子碳原子采取sp雜化，2條sp雜化軌道分別與2個氧原子的2p軌道（含有一個電子）重疊形成2條σ鍵，碳原子上互相垂直的p軌道再分別與2個氧原子中平行的p軌道形成2條大π鍵。

二氧化碳氣體是大氣組成的一部分（占大氣總體積的0.03%-0.04%），在自然界中含量豐富，其產生途徑主要有以下幾種：①有機物（包括動植物）在分解、發酵、腐爛、變質的過程中都可釋放出二氧化碳。②石油、石臘、煤炭、天然氣燃燒過程中，也要釋放出二氧化碳。③石油、煤炭在生產化工產品過程中，也會釋放出二氧化碳。④所有糞便、腐植酸在發酵，熟化的過程中也能釋放出二氧化碳。⑤所有動物在呼吸過程中，都要吸氧氣吐出二氧化碳。

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